Как технологии САПР (Fusion 360 от Autodesk) помогли снизить вес и повысить прочность на 50 процентов педали тормоза гоночного автомобиля
Компания Autodesk продемонстрировала возможности своего продукта Fusion 360 для улучшения конструкции деталей в сотрудничестве со Stewart-Haas Racing из Nascar, чтобы создать усовершенствованную педаль тормоза, которая и прочнее, и легче обычной педали.
Партнеры также использовали аддитивное производство Renishaw для производства оптимизированной детали в процессе, который длился два месяца от начала до конца. Попутно инженеры значительно улучшили используемые методы, открыв путь для еще более успешных проектов в будущем.
Autodesk описывает Fusion 360 как первый инструмент 3D CAD, CAM и CAE, который объединяет весь процесс разработки продукта в одну облачную платформу. Исследовательская группа компании использовала свои итеративные конструктивные особенности, чтобы усовершенствовать оптимизированную органическую конструкцию педали тормоза для серийного автомобиля Stewart-Haas посредством моделирования, прежде чем педаль была сделана.
Существующая педаль тормоза была не слишком тяжелой, так что решение не было очевидным. Но поставленная задача действительно стала серьезным испытанием инженерных и производственных технологий, которые могут дать команде преимущество в будущем.
«Она легче, она жестче, время выполнения намного быстрее, есть много положительных моментов», - пояснил Майк Грау, возглавляющий исследовательскую группу Autodesk. Выбор дизайна педали тормоза представлял собой сложную задачу из-за высоких нагрузок и недопустимости поломки детали.
«Мы действительно хотим вывести его на новый уровень и использовать педаль тормоза, потому что на этой педали нет фактора безопасности при отказе», - заметил Грау. «Так что, что бы ни случилось, она не может сломаться».
По словам Уолтера Митчелла, менеджера по технической интеграции Stewart-Haas Racing , прочность педали настолько важна, что она была протестирована на нагрузку в 3000 фунтов, что было пределом испытательного приспособления . «Мы довели его до предела нагрузки испытательного приспособления более 3000 фунтов», - сказал он.
«Педаль не вышла из строя. Благодаря оптимизированной конструкции, разработанной в Fusion 360, нам удалось снизить вес на 32% и повысить жесткость на 50% ».
«Это было действительно то, чем нужно было заняться», - удивился Грау. Он пояснил, что эта деталь удалась благодаря генеративному дизайну посредством моделирования. «Мы не хотели проверять физическую часть после того, как она была напечатана. Нам пришлось заранее подтвердить с помощью моделирования ».
Моделирование сложнее, когда конечный продукт производится аддитивно и имеет очень сложную внутреннюю структуру. «Раньше, с аддитивными технологиями, у вас была проблема:« Как вы создаете дизайн моделирования? », - сказал Грау. «У вас есть все эти сложные решетчатые и полые конструкции. Как создать сборочную конструкцию? Как создать имитационную модель сборки? Это была большая проблема. И это было единственной целью разработанной нами технологии, которая могла обеспечить проектирование САПР, включающее решетчатую технологию, а также имитационное моделирование ».
Решение состояло в том, чтобы свести к минимуму необходимые элементы в модели до приемлемого количества. «Мы достигли уровня, на котором мы наконец сократили количество элементов, которые вы должны использовать для представления решетки, с миллионов элементов до десятков тысяч», - сказал Грау. «Это позволило нам запустить итерационные процессы моделирования сборки».
Это также позволило команде предоставить пилоту Коулу Кастеру две разные педали для его автомобилей. Команды Nascar используют 750-сильные двигатели на большинстве трасс и ограниченные 550-сильные двигатели на суперскоростных трассах Daytona и Talladega, а Кастер предпочитает разные педали для двух разных двигателей.
После завершения дизайна он был отправлен в Renishaw для 3D-печати из титана на лазерном порошковом наплавленном принтере RenAM 500Q. Получившаяся деталь потребовала только пескоструйной обработки, чтобы очистить ее поверхность, чтобы она была готова к установке в автомобиль, сообщил Грау.
Теперь у Stewart-Haas Racing педаль тормоза чуть лучше. Но у Autodesk есть инструмент, который поможет в будущем производить гораздо больше деталей для Stewart-Haas и других клиентов. « Два года назад никому в отрасли не удавалось создать красивые органические решетчатые конструкции САПР», - сказал Грау. «Все смотрели на объемные представления или представления сетки SDL. Ни один из лидеров отрасли не мог использовать их ни для чего. Так что мы были первыми, кто этим занялся ».
Команда исследователей Autodesk со временем стала намного лучше справляться с этим процессом. « Нам потребовался день, чтобы создать одну элементарную ячейку», - сказал Грау в начале проекта. «Две недели спустя мы смогли создать 30 элементарных ячеек за 30 минут, но это несколько раз приводило к сбоям в работе компьютера. Шесть месяцев спустя мы могли создать целую решетку дизайна всего за несколько минут. Прогресс, которого мы достигаем, почти экспоненциальный, если вы посмотрите на то, откуда мы пришли и чем мы занимаемся ».
«Возможность использовать как генеративный дизайн Autodesk, так и возможности Renishaw для печати на металле откроет двери, недоступные ранее при использовании традиционных методов производства», - отметил Митчелл из Стюарт-Хаас.